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0.18μm窄沟NMOS晶体管总剂量效应研究
0.18μmNarrowGateNMOSTransistorTotalDoseEffectResearch
概述
半导体器件由于其高度的可控制性和优良的特性，已经成为现代电子器件领域的主要工具。然而，在半导体器件制造和使用过程中，器件可能会受到总剂量效应的影响，导致器件性能的退化，从而影响设备的可靠性和寿命。在本文中，我们将研究深度为0.18μm的NMOS晶体管在不同总剂量辐射下的电学特性变化，并探讨其机制。
介绍
在电子器件中，半导体器件中的NMOS晶体管是应用最广泛的器件之一。NMOS晶体管由N型沟道和P型控制门极组成，通过向门极电压的控制来改变它的电流性质。然而，在应用中，NMOS晶体管常常面临电离辐射的影响，这些辐射可以使晶体管通道中产生损伤，从而影响器件的性能。总剂量效应是指器件在受到长时间剂量辐射时出现的性能退化。总剂量效应是半导体器件在空间应用、核电站、电离辐射实验等场合中必须考虑的一种重要因素。
实验设计
在本研究中，我们使用了深度为0.18μm的NMOS晶体管来进行实验。晶体管的尺寸为20μm×20μm，控制门极电压为3.3V，源漏极电流为10μA。实验分为两部分：在不同的总剂量辐射水平下进行晶体管的测试和分析，在不同的温度下进行测量。
实验结果
我们发现，当晶体管受到100krad的电离辐射时，晶体管在不同控制门电压下的漏电流随着剂量的增加而增加。同时，电子的通过率也下降了，在相同的控制门电压下，源漏极电流下降了。在高温下的测试，我们发现热正当性对NMOS晶体管的总剂量效应有影响。当温度超过85℃时，漏电流的总剂量效应减小，但总得电离剂量效应增强。
解释
NMOS晶体管的总剂量效应是由累积辐射损伤而导致的，这些损伤在晶体管内部发生。它可能会对晶体管的漏电流、门电容、放电电压等参数产生影响。总剂量效应的影响因素主要包括辐射剂量、时间、剂量速率、温度等。研究结果表明，电子离化辐射导致了NMOS晶体管的通道损伤，造成了漏电流变化。高温的加热还使位于氧化层界面附近的跨界缺陷重新组合，使损伤得以修复，并减少漏电流。
结论
通过实验研究，我们证明了0.18μm窄沟NMOS晶体管在总剂量辐射下的性能退化，这对半导体器件在电子器件中的应用至关重要。研究结果表明，总剂量效应的影响因素包括辐射剂量、时间、剂量速率和温度。此外，我们还发现，在高温条件下，负载效应会对晶体管的总剂量效应产生影响。对于半导体器件的长期稳定性和可靠性的研究、评估及保证，是未来半导体技术研究和发展的重点研究方向。